專(zhuān)利名稱(chēng)：發(fā)光二極管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管及其制造方法，并且，特別涉及一種能夠發(fā)射具有均勻的色彩分布的光的發(fā)光二極管及其制造方法。
背景技術(shù)：
圖1是發(fā)射白光的傳統(tǒng)發(fā)光二極管的截面圖。參照?qǐng)D1，藍(lán)光二極管2位于導(dǎo)線框架1的內(nèi)部，其中連接線3通過(guò)歐姆接觸連接至其頂面并連接至導(dǎo)線框架1以提供電力。導(dǎo)線框架1的內(nèi)部空間由熒光劑6填充，使得從藍(lán)光二極管2發(fā)射的藍(lán)光被轉(zhuǎn)換成紅光或綠光，或者然后通過(guò)與紅或綠光混合而被轉(zhuǎn)換成白光。
然而，此類(lèi)傳統(tǒng)藍(lán)光二極管2不能發(fā)射均勻的白光分布，并且趨向于發(fā)射波長(zhǎng)不同于白光的波長(zhǎng)的光或帶有黃或藍(lán)色光環(huán)的圓錐形光。
已經(jīng)提出了關(guān)于這個(gè)問(wèn)題的各種解決方案。例如，根據(jù)美國(guó)專(zhuān)利No.5,813,753中的發(fā)光二極管，如圖2所示，發(fā)光二極管11設(shè)置于杯形管座12中。鏡子13形成在在管座12的內(nèi)壁上，以反射由發(fā)光二極管發(fā)射的光。管座12的內(nèi)部空間被填以透明材料15，透明材料15包括分散于發(fā)光二極管11周?chē)臒晒鈩╊w粒14。玻璃板16被放置在管座12的頂上，以未由熒光劑顆粒14吸收的光發(fā)射到空氣中。再將低通濾波器被放置在發(fā)光二極管11的前側(cè)，以使短波長(zhǎng)的光比長(zhǎng)波長(zhǎng)的光更有效地通過(guò)。
然而，在制造此類(lèi)傳統(tǒng)發(fā)光二極管中，很難控制發(fā)期望波段的光所需的熒光劑顆粒的量。包括熒光劑顆粒的透明材料應(yīng)為每個(gè)單獨(dú)的發(fā)光二極管沉淀。因此，在分開(kāi)的發(fā)光二極管之間發(fā)生了嚴(yán)重的色差，并增加了制造時(shí)間。
EP O855 751 A2公開(kāi)了一種發(fā)射紅光和藍(lán)光的有機(jī)/無(wú)機(jī)半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其通過(guò)適當(dāng)?shù)負(fù)诫s質(zhì)綠色熒光劑層而制造。然而，很難均勻地?fù)诫s熒光劑層至適當(dāng)?shù)碾x子濃度以獲取均勻色彩分布的光。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種具有不同厚度的熒光層的發(fā)光二極管及其制造方法，其中熒光層的厚度可以被適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以使發(fā)光二極管能夠發(fā)射期望波段的光。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種發(fā)光二極管，其包括襯底，其透射光；半導(dǎo)體材料層，形成在襯底的頂面上，并具有產(chǎn)生光的有源層；以及，熒光層，形成在襯底的背面上，并具有不同的厚度。該襯底可以具有至少一個(gè)通過(guò)蝕刻襯底的背面至不同厚度而形成的蝕刻洞。該熒光層可形成為具有不同厚度的雙重層。該襯底優(yōu)選為藍(lán)寶石襯底。
在根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光二極管的實(shí)施例中，該半導(dǎo)體材料層可以包括第一化合物半導(dǎo)體層，沉積在襯底的頂面上；有源層，沉積在第一化合物半導(dǎo)體層的頂面上；以及，第二化合物半導(dǎo)體層，沉積在有源層的頂面上。在此情況下，該第一化合物半導(dǎo)體層可以是n型摻雜或未摻雜的GaN基III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層。該第二化合物半導(dǎo)體層可以是p型摻雜的GaN基III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層。該有源層可以是n型摻雜或未摻雜的InxAlyGa1-x-yN化合物半導(dǎo)體層，其中0≤x≤1，0≤y≤1且x+y≤1。
在根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光二極管中，有源層產(chǎn)生藍(lán)光，并且熒光層將藍(lán)光的一部分轉(zhuǎn)換成黃光，以從發(fā)光二極管射出白光。在此情況下，該熒光層可以由包括石榴石熒光材料的熒光材料形成，其中該石榴石熒光材料以鈰活化，其包括從由釔、镥、鈧、鑭、釓和釤構(gòu)成的組中選取的至少一種元素，以及從由鋁、鎵和銦構(gòu)成的組中選取的至少一種元素。
或者，有源層產(chǎn)生UV光，并且熒光層可以通過(guò)吸收UV光將UV光轉(zhuǎn)換成紅、綠和藍(lán)光，以從發(fā)光二極管射出白光。在此情況下，該熒光層由熒光材料形成，該熒光材料包括從由Y2O3Eu3+Bi3+和Y2O2S構(gòu)成組中選取的紅色熒光劑、從由(Ba1-x-y-zCaxSryEuz)(Mg1-wZnw)Si2O7和ZnSCu構(gòu)成的組中選取的綠色熒光劑、以及從由(Sr，Ba，Ca)5(PO4)3ClEu2+)(SECA)、BaMg2Al16O27Eu2+(BAM)和BaMgAl10O17Eu構(gòu)成的組中選取的藍(lán)色熒光劑。
本發(fā)明提供了具有不同厚度的熒光層的發(fā)光二極管，其可以通過(guò)蝕刻襯底的背面或通過(guò)在背面上沉積不同厚度的熒光材料而實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，有源層中產(chǎn)生的初始的藍(lán)光與被熒光層吸收的并由藍(lán)光轉(zhuǎn)換成黃光的光的發(fā)射比率通過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整熒光層的厚度而控制，以從發(fā)光二極管射出均勻的白光。當(dāng)有源層產(chǎn)生UV光時(shí)，有初始的UV光與被熒光層吸收的并由UV光轉(zhuǎn)換成紅、綠和藍(lán)光的光的發(fā)射比率可以得到控制，以從發(fā)光二極管射出均勻的白光。


本發(fā)明的上述和其它特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)參照附圖對(duì)其典型實(shí)施例的詳細(xì)描述而變得明顯易懂，其中圖1是傳統(tǒng)白光發(fā)光二極管的截面圖；圖2是在美國(guó)專(zhuān)利No.5,813,753中公開(kāi)的發(fā)光二極管的截面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的發(fā)光二極管的截面圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的發(fā)光二極管的截面圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的發(fā)光二極管的截面圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的發(fā)光二極管的截面圖；圖7A至7D是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的用于制造發(fā)光二極管的方法的第一實(shí)施例的截面圖；圖8A至8E是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的用于制造發(fā)光二極管的方法的第二實(shí)施例的截面圖；圖9A和9B是顯示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的發(fā)光二極管的被蝕刻的襯底的照片；以及圖10A和10B分別是顯示圖9A和9B的帶有熒光層的襯底的背面的照片。
具體實(shí)施例方式
下面將詳細(xì)描述發(fā)光二極管及其制造方法的實(shí)施例。
參照?qǐng)D3，它是顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)的截面圖，發(fā)光二極管50包括襯底51，而第一化合物半導(dǎo)體層53、有源層57和第二化合物半導(dǎo)體層55則順序沉積在襯底51的頂面上。n型電極54位于第一混合物導(dǎo)體層53的臺(tái)階區(qū)域，而p型電極52位于第二化合物半導(dǎo)體層55的頂面上，以為有源層57提供電子和空穴。
襯底51由耐用物質(zhì)制成，主要是例如藍(lán)寶石。襯底51的背面被蝕刻以減小襯底51在特定區(qū)域內(nèi)的厚度。此處，優(yōu)選通過(guò)蝕刻在襯底51的背面形成蝕刻洞56。在此情況下，襯底51的厚度在周邊區(qū)域56b處比在蝕刻洞56a處大。襯底51的不同厚度使得可以通過(guò)旋涂在襯底51的背面上沉積出不同厚度的熒光層59。
第一化合物半導(dǎo)體層53是GaN基III-V族氮化物半導(dǎo)體層，并且優(yōu)選地直接躍遷型。在用導(dǎo)電雜質(zhì)摻雜第一化合物半導(dǎo)體的情況中，第一化合物半導(dǎo)體層53優(yōu)選采用GaN層。在另一種情況下，優(yōu)選用由與第二化合物半導(dǎo)體層55相同的材料形成第一化合物半導(dǎo)體層53。第一覆層(未示出)可進(jìn)一步形成在第一化合物半導(dǎo)體層53的頂面上。優(yōu)選，第一覆層可以由具有預(yù)定的折射率n型ALGaN/GaN層形成。然而，第一覆層也可以由與n型ALGaN/GaN層不同的的化合物半導(dǎo)體層形成。
第二化合物半導(dǎo)體層55是GaN基III-V族氮化物半導(dǎo)體層，并且優(yōu)選采用以p型導(dǎo)電雜質(zhì)摻雜的直接躍遷型雜質(zhì)，且最優(yōu)選的是p型GaN層。在第二化合物半導(dǎo)體層55不摻雜的情況，GaN層或含有AI或In的ALGaN層或InGaN層，可以被分別地以預(yù)定比例用于第二化合物半導(dǎo)體層55。
有源層57形成在第一化合物半導(dǎo)體層53的頂面上。有源層57是通過(guò)電子和載流子空穴的復(fù)合產(chǎn)生光的材料層。優(yōu)選地，有源層57是具有多量子阱(MAW)結(jié)構(gòu)的GaN基III-V族氮化物半導(dǎo)體層。更加優(yōu)選地，有源層57由具有MQW結(jié)構(gòu)的InxAlyGa1-x-yN形成，其中0≤X≤1，0≤Y≤1，且x+y≤1。
第一和第二波導(dǎo)層(未示出)可以進(jìn)一步分別形成在有源層57的上面和下面，用于放大從有源層57發(fā)射的光，并從LED發(fā)射具有增大強(qiáng)度的光。第一和第二波導(dǎo)層由比有源層57折射率更小的材料形成，并且優(yōu)選地采用，例如，GaN基III-V族化合物半導(dǎo)體層。第一波導(dǎo)層可以由n型GaN層形成，而第二波導(dǎo)層可以由p型GaN層形成。有源層57可以由具有小的閾值電流值和穩(wěn)定躍遷模式特性的材料形成。優(yōu)選地，有源層57由包含預(yù)定比例的Al的AlGaN層形成。
第二化合物半導(dǎo)體層55形成在有源層57的頂面上。具有比第二波導(dǎo)層小的折射率的第二覆層(未示出)可以額外地形成在第二化合物半導(dǎo)體層55與有源層57之間。當(dāng)?shù)谝桓矊佑蒼型化合物半導(dǎo)體層形成時(shí)，第二覆層由p型化合物半導(dǎo)體層形成，而當(dāng)?shù)谝桓矊邮怯蓀型化合物半導(dǎo)體層形成時(shí)，第二覆層由p型化合物半導(dǎo)體層形成。例如，當(dāng)?shù)谝桓矊佑蒼型AlGaN層形成時(shí)，第二覆層是由p型AlGaN/GaN層形成。
一對(duì)n型電極54設(shè)置在第一化合物半導(dǎo)體層53的兩個(gè)臺(tái)階區(qū)域上，而p型電極52設(shè)置在第二化合物半導(dǎo)體層55的頂面上，通過(guò)電極將電子和空穴分別注入到第一化合物半導(dǎo)體層53和第二化合物半導(dǎo)體層55中。被注入的電子和空穴在有源層57中復(fù)合在一起并消失以激發(fā)短波段的光。發(fā)射的光的顏色依據(jù)波段變化。光的波段由用于形成發(fā)光二極管50的材料在導(dǎo)帶與價(jià)帶間的能量寬度決定。
III-V族氮化物一般用于形成發(fā)射藍(lán)、綠、和UV光的半導(dǎo)體材料層。在本發(fā)明中，具體地，III-V族氮化物之中的GaN基半導(dǎo)體材料被用于能夠產(chǎn)生波長(zhǎng)為420至470nm的藍(lán)光或UV光的有源層57，并且產(chǎn)生的藍(lán)光穿透沉積在襯底51背面的熒光層59。所產(chǎn)生的藍(lán)光的一部分在熒光層59中吸收，并且作為具有與初始的藍(lán)光不同波段的光被射出，例如，黃光，而未吸收的藍(lán)光作為具有原始波長(zhǎng)的藍(lán)光被射出。
依據(jù)將要發(fā)射的期望的光的波段可選擇性地使用多種熒光材料。當(dāng)發(fā)光二極管由發(fā)射藍(lán)光氮化物半導(dǎo)體材料形成時(shí)，作為能夠?qū)⑺{(lán)光轉(zhuǎn)換成黃光的熒光材料，可采用以鈰(Ce)活化的、包括從由釔(Y)、镥(Lu)、鈧(Sc)、鑭(La)、釓(Gd)和釤(Sm)構(gòu)成的組中選取的至少一種元素并包括從由鋁(Al)、鎵(Ga)和銦(In)構(gòu)成的組中選取的至少一種元素的石榴石(garnet)熒光材料。為了控制發(fā)射光的波長(zhǎng)，在Y組、Al組和石榴石材料的混合物中，由Y族中選取的兩種熒光材料可以不等量地一起使用。例如，一部分Y可以由Gd替代。
在具有發(fā)射420至470nm波長(zhǎng)的藍(lán)光的有源層的發(fā)光二極管中，適于將藍(lán)光轉(zhuǎn)換成波長(zhǎng)610至625nm的紅光的熒光材料包括Y2O2SEu3+，Bi+、YVO4Eu3+，Bi3+、SrSEu2+、SrY2S4Eu2+、CaLa2S4Ce3+、(Ca，Sr)SEu2+等。適于將藍(lán)光轉(zhuǎn)換成波長(zhǎng)530至555nm的綠光的熒光材料包括YBO3Ce3+，Tb3+、BaMgAl10O17Eu2+，Mn2+、(Sr，Ca，Ba)(Al，Ga)2S4Eu2+等?？墒褂萌魏伟l(fā)射紅光或綠光的熒光材料。
當(dāng)發(fā)光二極管由發(fā)射UV光的氮化物半導(dǎo)體材料形成時(shí)，包括諸如Y2O3Eu3+Bi3+和Y2O2S的紅色熒光劑、諸如(Ba1-x-y-zCaxSryEuz)(Mg1-wZnw)Si2O7和ZnSCu的綠色熒光劑、以及諸如(Sr，Ba，Ca)5(PO4)3ClEu2+(SECA)、BaMg2Al16O27Eu2+(BAM)和BaMgAl10O17Eu的藍(lán)色熒光劑的熒光材料被用于形成在具有不同厚度的襯底的蝕刻背面上的熒光層59。在這種情況下，產(chǎn)生在有源層57中的UV光在通過(guò)熒光層59時(shí)被轉(zhuǎn)換成紅、綠和藍(lán)光，并最終作為白光從發(fā)光二極管射出。
在本發(fā)明中，如圖3所示，由于襯底51的背面有蝕刻洞56a，該蝕刻洞56a中填充有熒光層56，因此熒光層59在蝕刻洞56a處的厚度大于在外圍區(qū)域56b處的厚度。結(jié)果，產(chǎn)生在有源層57中的光在通過(guò)熒光層59a的較厚區(qū)域傳播時(shí)被熒光材料吸收的更多，而在通過(guò)與周邊區(qū)域56b相對(duì)應(yīng)的較薄區(qū)域時(shí)被吸收的較少，這使得大量與初始光相比改變了波段的光被發(fā)射。
雖然在傳統(tǒng)發(fā)光二極管中，發(fā)射光的波長(zhǎng)使用熒光材料來(lái)控制，但是在本發(fā)明中熒光層57的厚度為了發(fā)射期望波段的光而被適當(dāng)?shù)母淖??；蛘撸饪梢酝ㄟ^(guò)改變襯底51的蝕刻洞56a的形狀而被增強(qiáng)。例如，蝕刻洞56a的傾斜角和底部曲率可以為了控制通過(guò)襯底入射到熒光層59上的光的量而改變。
圖4是根據(jù)本發(fā)明中第二實(shí)施例的具有多個(gè)蝕刻洞的發(fā)光二極管的截面圖。
參照?qǐng)D4，襯底61的背面被蝕刻而形成了多個(gè)蝕刻洞66a，而熒光層69形成在襯底61中以填蓋蝕刻洞66a，由此獲得了如圖4所示的發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)。
產(chǎn)生在半導(dǎo)體材料層65的有源層67中的藍(lán)光或UV光穿過(guò)襯底62傳輸，并進(jìn)入熒光層69。由于熒光層69在蝕刻洞66a的厚度比在周邊區(qū)域66b的厚度大，因此入射在蝕刻洞66a上并穿過(guò)熒光層69的較厚區(qū)域傳播的光與穿過(guò)周邊區(qū)域66b傳播的光相比，易于激發(fā)和吸收更多存在于熒光層69中的熒光顆粒。換言之，產(chǎn)生在有源層67中的藍(lán)光或UV光在穿過(guò)形成有蝕刻洞66a的熒光層69的較厚區(qū)域傳播時(shí)，很有可能被轉(zhuǎn)換成黃光、或者具有與初始的藍(lán)或UV光不同的波長(zhǎng)的紅、綠和藍(lán)光。另外，穿過(guò)熒光層69的形成周邊區(qū)域66b的較薄區(qū)域傳播的光，很有可能作為初始的藍(lán)或UV光射出，而未改變波段。
熒光層69的厚度可以通過(guò)適當(dāng)?shù)馗淖兾g刻洞66a的數(shù)量和深度而調(diào)整為不同水平。結(jié)果，產(chǎn)生在半導(dǎo)體材料層65的有源層67中的光在穿過(guò)熒光層69傳播的同時(shí)被轉(zhuǎn)換為波段不同于初始光的光，使得可以從二極管中發(fā)射均勻的白光。
在圖4中，附圖標(biāo)記62表示p型電極，而附圖標(biāo)記64表示n型電極。構(gòu)成圖4的發(fā)光二極管的化合物半導(dǎo)體層的材料、性質(zhì)和功能與根據(jù)上述第一實(shí)施例的發(fā)光二極管的相同圖5是示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)的截面圖。參照?qǐng)D5，襯底71具有均勻的厚度。第一熒光層79a沉積在襯底71的背面上，而第二熒光層79b形成在第一熒光層79a的一個(gè)區(qū)域上。因此，包括第一和第二熒光層79a和79b總熒光層具有不同的厚度。附圖標(biāo)記72是表示p型電極，附圖標(biāo)記74表示n型電極，而附圖標(biāo)記75表示半導(dǎo)體材料層。
圖6是示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)的截面圖。參照?qǐng)D6，襯底81具有均勻的厚度。第一熒光層89a沉積在襯底81的背面上，而多個(gè)熒光層89b呈條形形成在第一熒光層89a上。因此包含第一和第二熒光層89a和89b的總熒光層具有不同的厚度。附圖標(biāo)記82表示p型電極，附圖標(biāo)記84表示n型電極，而附圖標(biāo)記85表示半導(dǎo)體材料層?；蛘?，多個(gè)第二熒光層89a可形成為點(diǎn)狀。
在上述第三和第四實(shí)施例中，構(gòu)成每一個(gè)發(fā)光二極管的化合物半導(dǎo)體層的材料、性質(zhì)和功能是與根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的發(fā)光二極管相同的。使用具有不同厚度的熒光層79a(89a)和79b(89b)發(fā)射白光的原理于第一實(shí)施例的相似。雖然，在根據(jù)本發(fā)明第一和第二實(shí)施例的發(fā)光二極管中，具有不同厚度的熒光層是通過(guò)蝕刻襯底實(shí)現(xiàn)的，但是在根據(jù)本發(fā)明第三和第四實(shí)施例的發(fā)光二極管中，具有不同厚度熒光層是通過(guò)使用兩個(gè)分別的熒光層79a(89a)和79b(89b)實(shí)現(xiàn)的。
在根據(jù)本發(fā)明第三和第四實(shí)施例的發(fā)光二極管中，當(dāng)產(chǎn)生于半導(dǎo)體材料層75(85)的有源層77(87)的藍(lán)或UV光穿過(guò)第一和第二熒光層79a(89a)和79b(89b)兩者傳播時(shí)，藍(lán)或UV光很有可能被改變波段，并且作為黃光，或者與僅穿過(guò)第一熒光層79a(89a)傳播的藍(lán)或UV光相比的紅、綠和藍(lán)光射出。換言之，通過(guò)適當(dāng)?shù)馗淖儤?gòu)成第二熒光層79b(89b)的圖案的厚度和數(shù)量，可以產(chǎn)生均勻的白光。
上述根據(jù)本發(fā)明第一至第四實(shí)施例的發(fā)光二極管是用于說(shuō)明性的目的，因此，蝕刻洞的形狀和數(shù)量以及熒光層的厚度和形狀可以做各種改變。
圖7A至7D說(shuō)明了用于制造根據(jù)本發(fā)明發(fā)光二極管的方法的第一實(shí)施例的截面圖。參照?qǐng)D7A，第一化合物半導(dǎo)體層53、有源層57和第二化合物半導(dǎo)體層55依次沉積在有源層51的頂面上，并且第一化合物半導(dǎo)體層53通過(guò)光刻構(gòu)圖，以在第一化合物半導(dǎo)體層53上形成一個(gè)臺(tái)階。n型電極54呈條形設(shè)置于第一化合物半導(dǎo)體層53的圖案化表面上，而p型電極52設(shè)置于第二化合物半導(dǎo)體層55的頂面上。
參照?qǐng)D7B，以熒光層57填充的蝕刻洞56b通過(guò)干法蝕刻形成在襯底51的背面中。在蝕刻襯底51前，襯底51的背面經(jīng)過(guò)研磨、磨光或拋光處理。掩模層(未示出)形成在襯底51的背面上，并構(gòu)圖為與蝕刻洞56a一致的掩模圖案。襯底51的背面使用從由Cl2，BCl3，Ar，O2和HBr構(gòu)成的組中選取的至少一種氣體以掩模圖案為蝕刻掩模進(jìn)行蝕刻，從而形成如圖7B所示的蝕刻洞56。
圖9A和9B顯示通過(guò)蝕刻形成在藍(lán)寶石襯底內(nèi)的蝕刻洞。圖9A的蝕刻洞56c相對(duì)寬且淺，而圖9B的蝕刻洞相對(duì)窄且深。蝕刻洞56c(56d)的深度和寬度依據(jù)沉積于其中的熒光層的厚度確定。例如，藍(lán)寶石襯底的背面被蝕刻，使得產(chǎn)生具有大約50μm的深度和250至500μm的寬度的蝕刻洞56c(56d)。
參照?qǐng)D7C，蝕刻洞56a形成后，熒光層材料通過(guò)沉積或旋涂施用于蝕刻洞56a和外圍區(qū)域56b，以形成熒光層59，如圖6C所示。結(jié)果，發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)58被形成。根據(jù)本發(fā)明，可以通過(guò)單一過(guò)程使熒光層59均勻地沉積在整個(gè)襯底51上。因此。用于制作發(fā)光二極管的全部過(guò)程很簡(jiǎn)便。
圖10A和10B分別是具有通過(guò)在圖9A和9B的襯底背面的蝕刻洞56c和56d中填充而形成的釔-鋁-石榴石(YAG)熒光層59c和59d的發(fā)光二極管的照片。在圖10A和10B中，蝕刻洞中的YAG熒光層59c和59d顯示出白色。
最后，如圖7D所示，發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)58在兩個(gè)鄰近的n型電極54的連接區(qū)域處切開(kāi)，成為多個(gè)發(fā)光二極管50。
圖8A至8E是說(shuō)明用于制造根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的發(fā)光二極管的方法的第二實(shí)施例的截面圖。參照?qǐng)D8A，第一化合物半導(dǎo)體層73、有源層77和第二化合物半導(dǎo)體層75依次沉積在襯底71的頂面上，并且第一化合物半導(dǎo)體層73被利用光刻構(gòu)圖，以在第一化合物半導(dǎo)體蹭73上形成臺(tái)階。n型電極74呈條形設(shè)置于第一化合物半導(dǎo)體層73的圖案化表面上，而p型電極72設(shè)置于第二化合物半導(dǎo)體層75的頂面上。
參照?qǐng)D8B，熒光層材料通過(guò)沉積或旋涂施用于襯底71的背面上，以形成第一熒光層79a。接著，如圖8C所示，具有預(yù)定圖案的掩模層76被設(shè)置在第一熒光層79a上，并且熒光層材料被適用于第一熒光層79a上，以形成第二熒光層79b。結(jié)果，形成了帶有熒光層的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)78，包括具有不同厚度的第一和第二熒光層79a和79b，如圖8D所示。最后，如圖8E所示，發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)78被切成多個(gè)發(fā)光二極管50，從而完成所需的發(fā)光二極管50的制造。
根據(jù)本發(fā)明發(fā)光二極管被制造為具有不同厚度的熒光層，其中具有不同厚度的熒光層可以通過(guò)蝕刻襯底至不同的深度，再施用熒光材料至襯底的蝕刻表面而形成?；蛘?，具有不同厚度熒光層可以通過(guò)在具有均勻厚度襯底上沉積熒光材料至不同的厚度而形成。在根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光二極管中，產(chǎn)生在有源層中的光在穿過(guò)具有不同厚度熒光層時(shí)改變波長(zhǎng)。穿過(guò)熒光層傳播時(shí)波段變化的光與有源層中產(chǎn)生的初始光的比率通過(guò)利用改變熒光層的厚度控制，使得期望的均勻的白光可以從根據(jù)本發(fā)明的二極管中射出。用于制造根據(jù)本發(fā)明的二極管的方法適于大規(guī)模生產(chǎn)，其過(guò)程簡(jiǎn)單，例如，蝕刻襯底的背面或通過(guò)沉積或旋涂在襯底襯底上施用熒光材料。
雖然，本發(fā)明已經(jīng)參照其實(shí)施例具體地示出和描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解在不脫離由本發(fā)明的權(quán)利要求所限定的精神和范圍的基礎(chǔ)上，可以在形式和細(xì)節(jié)上作出各種變化。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管，包括襯底，其透射光；半導(dǎo)體材料層，形成在襯底的頂面上，并具有產(chǎn)生光的有源層；以及熒光層，形成在襯底的背面上，并具有不同的厚度。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中該襯底具有至少一個(gè)通過(guò)蝕刻襯底背面的一部分而形成的蝕刻洞。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中該熒光層形成為具有不同圖案的雙重層。
4.如權(quán)利要求1至3中的任何一個(gè)所述的發(fā)光二極管，其中該襯底為藍(lán)寶石襯底。
5.如權(quán)利要求1至3中的任何一個(gè)所述的發(fā)光二極管，其中該半導(dǎo)體材料層包括第一化合物半導(dǎo)體層，沉積在襯底的頂面上；有源層，沉積在第一化合物半導(dǎo)體層的頂面上；以及第二化合物半導(dǎo)體層，沉積在有源層的頂面上。
6.如權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管，其中該第一化合物半導(dǎo)體層是n型摻雜或未摻雜的GaN基III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層。
7.如權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管，其中該第二化合物半導(dǎo)體層是p型摻雜的GaN基III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層。
8.如權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管，其中該有源層是n型摻雜或未摻雜的InxAlyGa1-x-yN化合物半導(dǎo)體層，其中0≤x≤1，0≤y≤1且x+y≤1。
9.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中該有源層產(chǎn)生藍(lán)光，并且該熒光層將一部分藍(lán)光轉(zhuǎn)換成黃光，以從該發(fā)光二極管中射出白光。
10.如權(quán)利要求9所述的發(fā)光二極管，其中該熒光層由包括石榴石熒光材料的熒光材料形成，其中該石榴石熒光材料以鈰活化，其包括從由釔、镥、鈧、鑭、釓和釤構(gòu)成的組中選取的至少一種元素，以及從由鋁、鎵和銦構(gòu)成的組中選取的至少一種元素。
11.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中該有源層產(chǎn)生UV光，并且該熒光層通過(guò)吸收UV光將UV光轉(zhuǎn)換成紅、綠和藍(lán)光，以從該二極管中射出白光。
12.如權(quán)利要求11所述的發(fā)光二極管，其中該熒光層由熒光材料形成，該熒光材料包括從由Y2O3Eu3+Bi3+和Y2O2S構(gòu)成組中選取的紅色熒光劑、從由(Ba1-x-y-zCaxSryEuz)(Mg1-wZnw)Si2O7和ZnSCu構(gòu)成的組中選取的綠色熒光劑、以及從由(Sr，Ba，Ca)5(PO4)3ClEu2+)(SECA)、BaMg2Al16O27Eu2+(BAM)和BaMgAl10O17Eu構(gòu)成的組中選取的藍(lán)色熒光劑。
13.一種用于制造發(fā)光二極管的方法，該方法包括(a)在透射光的襯底的頂面上沉積并構(gòu)圖具有有源層的半導(dǎo)體材料層，并且在圖案化的半導(dǎo)體材料層上設(shè)置電極；(b)蝕刻襯底的背面，以在該背面形成至少一個(gè)蝕刻洞；(c)通過(guò)在襯底的背面使用熒光材料以填蓋該背面的蝕刻洞而形成熒光層，從而形成包括多個(gè)發(fā)光二極管的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)；以及(d)切開(kāi)發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的連接區(qū)域，以分成多個(gè)發(fā)光二極管。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，在步驟(a)中，該半導(dǎo)體材料層通過(guò)在襯底的頂面上順序沉積第一化合物半導(dǎo)體層、有源層和第二化合物層而形成。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中該第一化合物半導(dǎo)體層由n型摻雜或未摻雜的GaN基III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層形成。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其中該第二化合物半導(dǎo)體層由p型摻雜的GaN基III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層形成。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其中該有源層由n型摻雜質(zhì)或或未摻雜的InxAlyGa1-x-yN化合物半導(dǎo)體層形成，其中0≤x≤1，0≤y≤1且x+y≤1。
18.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，在步驟(a)中使用的襯底為藍(lán)寶石襯底。
19.如權(quán)利要求13所述的方法，其中步驟(b)包括處理襯底的背面；以及干法蝕刻襯底的背面，以在與有源層對(duì)準(zhǔn)的區(qū)域內(nèi)形成蝕刻洞，該蝕刻洞由該背面的周邊區(qū)域凹進(jìn)。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中該襯底的背面通過(guò)研磨、磨光或拋光處理。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其中該襯底的背面使用從由Cl2，BCl3，Ar，O2和HBr構(gòu)成的組中選取的至少一種氣體進(jìn)行干法蝕刻。
22.如權(quán)利要求13所述的方法，其中該有源層由發(fā)射藍(lán)光的半導(dǎo)體化合物層形成，并且該熒光層由能夠通過(guò)吸收藍(lán)光而將一部分藍(lán)光轉(zhuǎn)換成黃光的熒光材料形成。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中該熒光材料包括石榴石熒光材料，該石榴石熒光材料以鈰活化，其包括從由釔、镥、鈧、鑭、釓和釤構(gòu)成的組中選取的至少一種元素，以及從由鋁、鎵和銦構(gòu)成的組中選取的至少一種元素。
24.如權(quán)利要求13所述的方法，其中該有源層由發(fā)射UV光的半導(dǎo)體化合物層形成，并且該熒光層由能夠通過(guò)吸收UV光而將一部分UV光轉(zhuǎn)換成紅、綠和藍(lán)光的熒光材料形成。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中該熒光材料包括從由Y2O3Eu3+Bi3+和Y2O2S構(gòu)成組中選取的紅色熒光劑、從由(Ba1-x-y-zCaxSryEuz)(Mg1-wZnw)Si2O7和ZnSCu構(gòu)成的組中選取的綠色熒光劑、以及從由(Sr，Ba，Ca)5(PO4)3ClEu2+)(SECA)、BaMg2Al16O27Eu2+(BAM)和BaMgAl10O17Eu構(gòu)成的組中選取的藍(lán)色熒光劑。
26.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，在步驟(c)中，熒光材料通過(guò)沉積或旋涂施用于襯底的背面。
27.一種用于制造發(fā)光二極管的方法，該方法包括(a)在透射光的襯底的頂面上沉積并構(gòu)圖具有有源層的半導(dǎo)體材料層，并且在圖案化的半導(dǎo)體材料層上設(shè)置電極；(b)通過(guò)在襯底的背面施用熒光材料形成具有不同厚度的熒光層，從而形成包括多個(gè)發(fā)光二極管的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)；以及(c)切開(kāi)發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的連接區(qū)域，以分成多個(gè)發(fā)光二極管。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其中，在步驟(a)中，該半導(dǎo)體材料層通過(guò)在襯底的頂面上順序沉積第一化合物半導(dǎo)體層、有源層和第二化合物層而形成。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其中該第一化合物半導(dǎo)體層由n型摻雜或未摻雜的GaN基III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層形成。
30.如權(quán)利要求28所述的方法，其中該第二化合物半導(dǎo)體層由p型摻雜的GaN基III-V族氮化物化合物半導(dǎo)體層形成。
31.如權(quán)利要求28所述的方法，其中該有源層由n型摻雜質(zhì)或或未摻雜的InxAlyGa1-x-yN化合物半導(dǎo)體層形成，其中0≤x≤1，0≤y≤1且x+y≤1。
32.如權(quán)利要求28所述的方法，其中，在步驟(a)中使用襯底為藍(lán)寶石襯底。
33.權(quán)利要求13的方法，其中步驟(b)包含通過(guò)沉積或旋涂在襯底的背面施用熒光材料以形成第一熒光層；以及在其上具有作為掩模的預(yù)定圖案的第一熒光層上施用熒光材料以第二熒光層，其中第一和第二熒光層構(gòu)成該具有不同厚度的熒光層。
34.如權(quán)利要求27所述的方法，其中該有源層由發(fā)射藍(lán)光的半導(dǎo)體化合物層形成，并且該熒光層由能夠通過(guò)吸收藍(lán)光而將一部分藍(lán)光轉(zhuǎn)換成黃光的熒光材料形成。
35.如權(quán)利要求27所述的方法，其中該熒光材料包括石榴石熒光材料，該石榴石熒光材料以鈰活化，其包括從由釔、镥、鈧、鑭、釓和釤構(gòu)成的組中選取的至少一種元素，以及從由鋁、鎵和銦構(gòu)成的組中選取的至少一種元素。
36.如權(quán)利要求27所述的方法，其中該有源層由發(fā)射UV光的半導(dǎo)體化合物層形成，并且該熒光層由能夠通過(guò)吸收UV光而將一部分UV光轉(zhuǎn)換成紅、綠和藍(lán)光的熒光材料形成。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其中該熒光材料包括從由Y2O3Eu3+Bi3+和Y2O2S構(gòu)成組中選取的紅色熒光劑、從由(Ba1-x-y-zCaxSryEuz)(Mg1-wZnw)Si2O7和ZnSCu構(gòu)成的組中選取的綠色熒光劑、以及從由(Sr，Ba，Ca)5(PO4)3ClEu2+)(SECA)、BaMg2Al16O27Eu2+(BAM)和BaMgAl10O17Eu構(gòu)成的組中選取的藍(lán)色熒光劑。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種發(fā)光二極管及其制造方法。該發(fā)光二極管包括透明的襯底；半導(dǎo)體材料層，形成在襯底的頂面上，并具有產(chǎn)生光的有源層；以及熒光層，形成在襯底的背面上，并具有不同的厚度。穿過(guò)熒光層傳播時(shí)波段變化的光與有源層中產(chǎn)生的初始光的比率通過(guò)利用改變熒光層的厚度控制，從而從發(fā)光二極管中發(fā)射所需的均勻的白光。
文檔編號(hào)C09K11/84GK1481032SQ0314925
公開(kāi)日2004年3月10日 申請(qǐng)日期2003年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月2日
發(fā)明者郭準(zhǔn)燮, 趙濟(jì)熙 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社